發動機設備的製作方法
2023-09-13 20:32:45 2
專利名稱：發動機設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求1前序部分的發動機設備，特別是船用發動機設備。
尤其構造為柴油發動機設備的船用發動機設備通常具有至少一個特別構造為兩衝程柴油發動機的主發動機以及至少一個特別構造為四衝程柴油發動機的副發動機，其中主發動機用於提供使船前進的驅動功率，副發動機用於為船的船載電源提供電能。根據現有技術，至少為這種發動機設備的主發動機配備了廢氣渦輪增壓器，該廢氣渦輪增壓器將主發動機廢氣流中包含的能量在渦輪中轉換成驅動廢氣渦輪增壓器的壓縮機的機械能，以壓縮供給壓縮機的新鮮空氣品質流並將其以較高的充氣壓力輸送給主發動機。
通過渦輪增壓器的發展進步，可使用越來越高的渦輪增壓器效率。在通常不改變邊界條件的情況下，穿過發動機的空氣品質流以及廢氣質量流與廢氣渦輪增壓器的效率成比例地提高。但特別在構造為兩衝程柴油發動機的主發動機情況下，發動機設備的熱效率卻沒有隨著主發動機的附加空氣品質流或廢氣質量流而得到改善。根據現有技術，所謂渦輪-複合-發動機設備中的過剩廢氣質量流被這樣利用，即用過剩的廢氣質量流驅動動力渦輪以提供機械能或電能。
用這種渦輪-複合-發動機設備雖然允許改善總體發動機設備的熱效率，但這種渦輪-複合-發動機設備的缺點是購置成本高、安裝費用高、維修需求高、管理人員的培訓需求高並且需要複雜的控制系統。
因此，本發明的任務是提供一種新型的發動機設備，特別是新型的船用柴油發動機設備。
該任務通過根據權利要求1的發動機設備，特別是船用柴油發動機設備解決。根據本發明，主發動機和副發動機耦合，使得在需要時，一部分被配備給主發動機的廢氣渦輪增壓器壓縮的新鮮空氣品質流可輸送給副發動機。
根據本發明，建立了主發動機與副發動機的熱力耦合。過剩的、由為主發動機配備的廢氣渦輪增壓器壓縮的空氣被轉移到旁路-空氣品質流，副發動機利用該旁路-空氣品質流提高其熱力效率和減少排放。根據本發明，可改善總體發動機設備的能量平衡並從而改善其熱效率。通過本發明避免了所謂的渦輪-複合-發動機設備所固有的缺點。
從屬權利要求和後面的描述中給出了本發明的優選改進方案。下面藉助附圖詳細描述本發明的實施例，但本發明不局限於這些實施例。其中
圖1為根據本發明第一實施例的根據本發明的發動機設備的機組連接圖；圖2為根據本發明第二實施例的根據本發明的發動機設備的機組連接圖；圖3為根據本發明第三實施例的根據本發明的發動機設備的機組連接圖。
下面參考圖1至3更詳細地描述本發明。
圖1示出了根據本發明的發動機設備1，即船用柴油發動機設備的第一實施例。發動機設備1具有一個主發動機2和一個副發動機3。主發動機2是兩衝程柴油發動機，用於驅動螺旋槳4以提供使船前進的驅動功率。副發動機3最好是四衝程柴油發動機，其驅動發電機5以提供船的船載電源所需的電能。
在圖1的實施例中，發動機設備1的主發動機2備有廢氣渦輪增壓器6。廢氣渦輪增壓器6具有渦輪7，其中主發動機2的廢氣流8在廢氣渦輪增壓器6的渦輪7內減壓並藉此在這裡將廢氣流8中包含的能量轉換成機械能以驅動廢氣渦輪增壓器6的壓縮機9。在渦輪7內減壓的廢氣流按照箭頭10輸送給實施為排煙煙囪的排氣管11。
在廢氣渦輪增壓器6的渦輪7內從廢氣流8產生的機械能在廢氣渦輪增壓器6的壓縮機9內用於壓縮新鮮空氣品質流12，其中被壓縮的新鮮空氣品質流按照箭頭13以提高的進氣壓力供給主發動機2。根據圖1，在廢氣渦輪增壓器6的壓縮機9以及主發動機2之間連接了進氣冷卻器14。
根據本發明，發動機設備1的主發動機2和副發動機3根據圖1熱力耦合併且這樣耦合，即在需要時，一部分由為主發動機2配備的廢氣渦輪增壓器6壓縮的新鮮空氣品質流供給副發動機3以提高其熱效率。為此，在圖1的實施例中，在為主發動機2配備的廢氣渦輪增壓器6的壓縮機9和主發動機2之間連接了支管15，其中支管15布置在進氣冷卻器14之後和主發動機2的氣缸組之前，並可將一部分由為主發動機2配備的廢氣渦輪增壓器6壓縮的新鮮空氣品質流供應給副發動機3。相應地建立了按照箭頭16的旁路-空氣品質流。
如圖1所示，在支管15和副發動機3之間連接了可轉換的閥17。當閥17關閉時，在支管15沒有向副發動機3方向分流的旁路-空氣品質流。相反地，在閥17關閉情況下，所有由廢氣渦輪增壓器6壓縮的空氣都輸送給主發動機2。特別在發動機設備1的這種工作狀態下，即副發動機3不開動並且主發動機2工作在部分負荷運轉狀態，閥17完全關閉。與此相反，如果主發動機2工作在全負荷運轉狀態並且副發動機3不開動，那麼閥17運動到一個開啟位置，在該開啟位置在支管15按照箭頭16分流的旁路-空氣品質流按照箭頭18直接導入排氣管11。如果與此相反，副發動機3也開動，即存在主發動機2和副發動機3的耦合運行，那麼可轉換的閥17運動到一個開啟位置，在該開啟位置在支管15按照箭頭16分流的旁路-空氣品質流按照箭頭19導向副發動機3。在圖1的實施例中，在可轉換的閥17和副發動機3之間還集成了副發動機3的進氣冷卻器20。由副發動機3產生的廢氣流21直接輸送給排氣管11。當主發動機2和副發動機3耦合運行時，主發動機2的氣缸組前面的壓力幾乎對應副發動機3氣缸組前面的壓力；副發動機3氣缸組後面的壓力幾乎對應環境壓力。
在圖1的實施例中，副發動機3的燃燒空氣需要量完全由按照箭頭16分流的主發動機2的旁路-空氣品質流滿足。副發動機3沒有配備自己的廢氣渦輪增壓器。通過圖1的實施例可改善總體發動機設備1的效率。通過省卻為副發動機3配備的廢氣渦輪增壓器，減少了購置成本和維修成本。在圖1的實施例中，還可以省卻為副發動機3配備的進氣冷卻器20。由此可再次減少購置成本和維修成本。與現有技術相比，通過根據圖1的結構可使副發動機3的燃料消耗降低約至少10％。
圖2示出了根據本發明的發動機設備22的第二實施例。和圖1的實施例一樣，圖2的發動機設備22同樣具有一個主發動機和一個副發動機。為避免不必要的重複，對於同一組件使用同一附圖標記。下面只研究將圖2實施例與圖1實施例區別開的細節。關於兩個實施例之間的共同點，請參考上述說明。
在圖2的實施例中，副發動機3配備了自己的廢氣渦輪增壓器23。在此根據圖2，為副發動機3配備的廢氣渦輪增壓器23的壓縮機24接連在閥17和副發動機3的進氣冷卻器20之間。相應地，在需要時在支管15按照箭頭16分流的主發動機2的旁路-空氣品質流輸送給為副發動機3配備的廢氣渦輪增壓器23的壓縮機24，並在該壓縮機24內被再次壓縮。由此建立了用中間冷卻對進氣進行二級壓縮。通過根據圖2的發動機設備22可相應地表示出二級壓縮力比例，其高於一級增壓水平。從一級渦輪產生了強烈提高的掃氣壓力落差，該掃氣壓力落差可以正換氣功的形式用於提高效率。與現有技術相比，通過根據圖2的結構可使副發動機3的燃料消耗減少約20％。
在圖2實施例中，副發動機2的廢氣流21被輸送到為副發動機3配備的廢氣渦輪增壓器23的渦輪25，其中在該廢氣渦輪增壓器23中，副發動機3的廢氣流21減壓並且廢氣流中包含的能量被轉換成機械能，然後該機械能被用於驅動為副發動機3配備的廢氣渦輪增壓器23的壓縮機24。在渦輪25內減壓的副發動機3的廢氣流按照箭頭26輸送到排氣管11。應該再次指出，在圖2的實施例中，實現了副發動機新鮮空氣品質流的二級壓縮，但副發動機3的廢氣流和主發動機2的廢氣流的減壓是一級進行的。
圖3示出了根據本發明的發動機設備27的另一個實施例。圖3發動機設備27也仍然具有一個主發動機以及一個副發動機，其中主發動機和副發動機熱力耦合。為避免不必要的重複，這裡對於同一組件使用同一附圖標記。下面只詳細研究將圖3實施例與圖1實施例區別開的圖3實施例細節。關於兩個實施例之間的共同點，請參考上述的說明。
在圖3實施例中，副發動機3再次備有自己的廢氣渦輪增壓器28，其中在圖3實施例中，可轉換的閥17連接在為副發動機3配備的廢氣渦輪增壓器28的壓縮機29和副發動機3的進氣冷卻器20之間。為副發動機配備的廢氣渦輪增壓器28獨立於為主發動機2配備的廢氣渦輪增壓器6，吸取新鮮空氣品質流30並將其壓縮。如圖3所示，在為副發動機3和副發動機3配備的廢氣渦輪增壓器28的渦輪32之間上連接了另一個可轉換的閥31。根據可轉換的閥31的開啟位置，副發動機3的廢氣質量流21或者按照箭頭33輸送到為副發動機3配備的廢氣渦輪增壓器28的渦輪32，或者按照箭頭34輸送到排氣管11。如果副發動機3的廢氣流21輸送到渦輪32進行減壓，那麼在廢氣流21中包含的能量被轉換成機械能以驅動為副發動機3配備的廢氣渦輪增壓器28的壓縮機29，並且減壓的廢氣流按照箭頭35重新輸送到排氣管21。如圖3所示，在支管15和閥17之間集成了帶有可轉換的閥36的另一個支管，其中根據閥36的開啟位置，在支管15分流的旁路-空氣品質流可直接導向排氣管11。
在圖3實施例中，相應地主發動機2和副發動機3都配備了自己的廢氣渦輪增壓器6或者28。在非耦合運行時，閥17關閉並且閥36打開，使得必要時由為主發動機2配備的廢氣渦輪增壓器6產生的、過剩的空氣品質流可通過閥36直接導向排氣管11。在耦合運行時，閥17打開，由為主發動機2配備的廢氣渦輪增壓器6產生的、過剩的空氣品質流可供副發動機3使用。如果該旁路-空氣品質流足以向副發動機3供應足夠的充氣壓力，那麼根據本發明，為副發動機3配備的廢氣渦輪增壓器28關閉。因此在這種情況下，副發動機3的廢氣流21通過閥31按照箭頭34直接輸送到排氣管11。因為在圖3實施例情況下，為副發動機3配備的廢氣渦輪增壓器28可以關閉，所以其運行時間和負荷減少，並且保養和維修費用也因此減少了。在主發動機2和副發動機3耦合運行時，主發動機2氣缸組前面的壓力幾乎對應副發動機3氣缸組前面的壓力；副發動機3氣缸組後面的壓力幾乎對應環境壓力。
相應地，所有圖1至3實施例的共同之處在於，發動機設備1，22或27的主發動機2以及副發動機3熱力耦合。一部分由為主發動機2配備的廢氣渦輪增壓器6壓縮的空氣品質流可輸送給副發動機3以提高熱效率。在此可以省卻為副發動機3配備的廢氣渦輪增壓器。但也可以為副發動機3配備自己的廢氣渦輪增壓器。在圖1和3實施例中，副發動機3的燃料消耗可減少約至少10％，在圖2實施例情況下可減少至少約20％。
附圖標記清單1發動機設備2主發動機3副發動機4螺旋槳5發電機6廢氣渦輪增壓器7渦輪8廢氣流9壓縮機10箭頭11排氣管12新鮮空氣品質流13箭頭14進氣冷卻器15支管16箭頭17閥18箭頭19箭頭20進氣冷卻器21廢氣流22發動機設備23廢氣渦輪增壓器24壓縮機25渦輪26箭頭27發動機設備28廢氣渦輪增壓器29壓縮機30新鮮空氣品質流
31閥32渦輪33箭頭34箭頭35箭頭36閥
權利要求
1.發動機設備，特別是船用發動機設備，帶有一個用於提供驅動功率的主發動機(2)，特別是二衝程主內燃機，和一個用於提供電功率的副發動機(3)，特別是四衝程副內燃機，其中至少主發動機(2)配備了一個廢氣渦輪增壓器(6)，該廢氣渦輪增壓器將主發動機(2)的廢氣流中包含的能量在渦輪(7)內轉換成驅動其壓縮機(9)的機械能，以壓縮輸送給壓縮機(9)的新鮮空氣品質流並將其以提高的進氣壓力輸送給主發動機(2)，其特徵在於，主發動機(2)和副發動機(3)耦合，使得在需要時，一部分由為主發動機(2)配備的廢氣渦輪增壓器(6)壓縮的新鮮空氣品質流可輸送給副發動機(3)。
2.根據權利要求1的發動機設備，其特徵在於，在為主發動機(2)配備的廢氣渦輪增壓器(6)的壓縮機(9)和主發動機(2)之間連接了一個進氣冷卻器(14)，其中在進氣冷卻器(14)和主發動機(2)之間連接了一個支管(15)，一部分由為主發動機(2)配備的廢氣渦輪增壓器(6)壓縮的新鮮空氣品質流可通過該支管向副發動機(3)分流。
3.根據權利要求2的發動機設備，其特徵在於，在支管(15)和副發動機(3)之間至少連接了一個可轉換的閥(17)。
4.根據權利要求3的發動機設備，其特徵在於，在可轉換的閥(17)和副發動機(3)之間連接了為副發動機(3)配備的進氣冷卻器(20)。
5.根據權利要求3或4的發動機設備，其特徵在於，在可轉換的閥(17)和副發動機(3)之間連接了為副發動機(3)配備的廢氣渦輪增壓器(23)，使得在需要時分流的、由為主發動機(2)配備的廢氣渦輪增壓器(6)壓縮的一部分新鮮空氣品質流可輸送給為副發動機(3)配備的廢氣渦輪增壓器(23)的壓縮機(24)以進行二級壓縮。
6.根據權利要求5的發動機設備，其特徵在於，為副發動機(3)配備的廢氣渦輪增壓器(23)在渦輪(25)內將副發動機(3)的廢氣流中包含的能量轉換成驅動其壓縮機(24)的機械能。
7.根據權利要求5或6的發動機設備，其特徵在於，在為副發動機(3)配備的廢氣渦輪增壓器(23)的壓縮機(24)和副發動機(3)之間連接了進氣冷卻器(20)。
8.根據權利要求3或4的發動機設備，其特徵在於，可轉換的閥(17)連接在為副發動機(3)和副發動機(3)配備的廢氣渦輪增壓器(28)的壓縮機(29)之間。
9.根據權利要求8的發動機設備，其特徵在於，如果在需要時分流的、由為主發動機(2)配備的廢氣渦輪增壓器(6)壓縮的一部分新鮮空氣品質流為副發動機(3)提供了足夠的進氣壓力，那麼此時為副發動機(3)配備的廢氣渦輪增壓器(28)可關閉。
10.根據權利要求8或9的發動機設備，其特徵在於，在為副發動機(3)和副發動機(3)配備的廢氣渦輪增壓器(28)的渦輪(32)之間連接另一個可轉換的閥(31)。
全文摘要
本發明涉及發動機設備，特別是船用發動機設備。該發動機設備包括一個用於提供驅動功率的主發動機(2)，特別是二衝程主內燃機，和一個用於提供電功率的副發動機(3)，特別是四衝程副內燃機，其中至少主發動機(2)配備了一個廢氣渦輪增壓器(6)，該廢氣渦輪增壓器將主發動機(2)的廢氣流中包含的能量在渦輪(7)內轉換成驅動其壓縮機(9)的機械能，以壓縮輸送給壓縮機(9)的新鮮空氣品質流並將其以提高的進氣壓力輸送給主發動機(2)。根據本發明，主發動機(2)和副發動機(3)耦合，使得在需要時，一部分由為主發動機(2)配備的廢氣渦輪增壓器(6)壓縮的新鮮空氣品質流可輸送給副發動機(3)。
文檔編號F02B73/00GK1712683SQ20051007855
公開日2005年12月28日 申請日期2005年6月17日 優先權日2004年6月17日
發明者T·賽德爾 申請人:曼·B及W柴油機公開股份有限公司